[发明专利]关节锁定机构

说明书

一种关节锁定机构包括：锁定齿轮，其可围绕旋转轴旋转；锁定闩锁，其可与所述锁定齿轮以可拆卸方式接合且可相对于所述旋转轴在第一闩锁位置与第二闩锁位置之间移动；以及偏置件，其可耦合到所述锁定闩锁，使得所述锁定闩锁朝向所述第一闩锁位置偏置，其中在所述第一闩锁位置中，所述锁定闩锁与所述锁定齿轮接合，使得所述锁定齿轮相对于所述旋转轴锁定在适当位置中，且在所述第二闩锁位置中，所述锁定闩锁与所述锁定齿轮间隔开，使得所述锁定齿轮可围绕所述旋转轴旋转。

技术领域

本发明涉及一种用于防止可旋转关节旋转的关节锁定机构，且更尤其但非排他性地，涉及一种形成主控制器的部分的关节锁定机构，其中关节锁定机构可锁定主控制器的可旋转关节。

背景技术

遥操作系统为位于操作者本地的主控制器与位于操作者远程的从属装置之间的远程控制系统，其中遥操作系统允许操作者以某一距离操控从属装置。如果直接操控有障碍，那么此类遥操作系统可为有用的。举例来说，从属装置可用于执行微创外科手术，其中由于限制进入患者的内部组织和器官，外科医生对外科手术工具的直接操控是不可能的。其它实例可包含军事应用(例如炸弹处理)、紧急服务应用(例如搜索和救援)以及科学研究活动，例如在直接操控可能是危险的或不可能的不适宜环境(例如，真空或高水平的反应性)中执行任务。

遥操作系统的操作者可操控主控制器，且运动命令将传输到从属装置，使得从属机器人在远程站点复制操作者的本地移动。除了控制数据从主控装置传输到从属装置以外，反馈数据可以视频镜头、声音记录和/或来自远程环境的感测数据的形式从从属装置传输到主控装置。反馈数据可以与操作者使用其天生的视觉、听觉和触觉直接执行动作(没有遥操作系统)大致相同的方式提高操作者提供准确命令的能力。

然而，主控制器和从属装置的运动学之间的差异可导致操作者在控制从属装置时由于与物理世界解耦而迷路或笨拙地定位。这可能是因为主控制器和从属装置在具有相对于彼此的不同移动范围的不同尺度上操作。举例来说，从属手术装置可在直径仅几厘米的工作空间内操作，同时操作者可能正在使用他或她的臂所允许的全部运动范围。尽管从属手术装置在尺度上小得多，但其可能够具有比操作者可用主控制器实现的更大范围的移动(相对于其尺度)。换句话说，操作者的移动范围可能仅表示从属装置的移动范围的一部分。

为了解决此问题，已知的遥操作系统具有允许操作者使主控制器从将运动命令传输到从属装置中脱离的离合器。这允许操作者与物理世界重新耦合，且在重新接合主控制器之前将主控制器重置到舒适的位置，使得其继续将运动命令传输到从属装置。操作者可因此在从属装置不移动的情况下返回到舒适的位置，操作者可接着能够进入从属装置工作空间的不同部分。

然而，此类遥操作系统的问题是主控制器与从属装置之间的所得未对准。主控制器与从属装置之间的平移位置的解耦可对从属装置的操作者感知具有最小影响。然而，主控制器与从属装置的定向之间的未对准可能更难以察觉。举例来说，操作者可能失去从属装置在离合之前向下定向的感知，且在离合之后可假设当从属装置可实际上在离合之前设置的向下方向上继续时，主控制器的向前移动将导致从属装置的向前移动。

为了避免主控制器与从属装置之间的定向的未对准，已知的主控制器包括‘主动’关节，其中每一主动可旋转关节的刚度取决于施加到其上的力而主动地变化。当操作者未向主控制器施加力时，主控制器设置主动关节的刚度，使得每一关节保持其当前旋转位置，而不管例如重力的环境力作用在其上。换句话说，主动主控制器的操作者可放开手柄且其将保持在相同的位置和定向中。相反，当主控制器感测到用户施加到主动关节的力时，所述关节的刚度降低以使得用户可使其自由地旋转。

当此类主控制器通过离合从控制从属装置中脱离时，主控制器的对应于从属装置的定向的关节可通过增加那些关节的刚度而锁定在适当的位置中，使得操作者不能够致使其旋转。主控制器的定向可因此保持在预离合的定向处，使得主控制器在整个离合过程中保持与从属装置对准。